王凯
在作物种植中，生物肥料在为植物的生长提供所需养分的同时能够改善品质、提高肥料利用率，降低种植成本，在生产实践中的作用较为显著。随着国内外对微生物肥料的研究开发逐渐深入，生物肥料对我国农业的可持续发展影响将会越来越大。笔者对生物肥料的概况、国内外研究发展、生物肥料在果园中的应用进行总结，并基于此提出前景展望，以期促进生物肥料的研发与应用。
1 生物肥料概况
1.1 概念
生物肥料是指通过对土壤的有益菌种进行人工选择，在进行工厂繁育后和有机质混合，并加入相应的土壤矿质营养元素而制备的具有有益微生物的液态活菌制剂（图1）。
1.2 分类
生物肥料从其肥效用途上来说，目前在中国农作物生产中应用较为广泛的大致有5种，分别是根状菌生物肥料、联合固氮菌生物肥料、溶磷菌生物肥料、解钾菌生物肥料、促生菌生物肥料[1]。
1.3 功能
复合微生物肥料可以利用对环境和植株根部或地上部分的综合影响，通过改变土壤肥力条件，促进植株的生长发育，改善植株对病虫害和逆境的抵抗能力，进而提高了作物的品质和产量 [2]。生物肥料主要的特点是纯天然生态制剂无污染、无有害添加物、无公害。肥料配方经过反复试验，配方科学，提供的养分种类和数量齐全，肥效好。共生固氮和自生固氮细菌生物肥料是通过将空气中的气态单质形式的氮转换为细菌自身和作物均可利用的铵态氮或者是硝态氮，实现营养共生作物的作用，从而减少氮肥的施用甚至代替氮肥。解磷与钾等生物肥料，可以溶解土壤中含磷、钾类的矿物质，从而产生更易于被植株吸收和利用的高效磷和钾，从而增加对磷肥等含磷植物有机质的有效利用 [3]。含有放线菌等抗生菌类的微生物肥料能够产生抗生素，杀灭土壤和作物根部病原菌，控制作物根部腐烂病等病害的发生。产生拮抗作用，抑制其他微生物的繁殖。有些有益菌还能够产生促进作物生长的物质，如生长素、赤霉素、酚类化合物等，促进作物根系和地上部分的生长，诱导增强植物的抗逆能力。
2 生物肥料的研究进展
2.1 国外研究概况
国外生物肥料的研发应用起于1895年联邦德国研制的“Nitragin”根瘤菌接种剂，这一早期研制的产物现在已在全球范围内推广与应用 [4]。至20世纪30—40年代，70余个国家研发、制造和使用的豆科根瘤菌获得了重要进展。20世纪60年代以后，世界各国都加大了对生物肥料的研发力度，并获得了相当的发展，生物肥料的使用面积不断扩大，同时使用的豆科植物品种也越来越多[5]。在巴西和美国等种植大豆的国家，根瘤菌使用的比例在95%以上。澳大利亚、新西兰等发达国家对种植豆科及牧草产品的接种范围也不断扩大，所种植的其他豆科作物也在逐渐增加相应的固氮菌的应用规模。目前全球各地都在探索为豆科作物及产品配套的优质固氮菌生产的新菌株，根瘤菌剂生产量也在进一步增加。
一些国家在经过了一段时间的市场混乱之后，也逐渐意识到了加强对根瘤菌类肥料产品质量监督管理的必要性，并颁布了相关的法律规范以加强对产品质量的监管（图2）。
除了根瘤细菌之外，固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等的研制工作也在进一步开展，而不少国家在其他的有益细菌研制与使用等方面，做了大量的研究工作。苏联和东欧部分国家的生物技术人员开展了固氮菌肥和磷细菌肥料的研发与应用，所使用的主要菌株是圆褐固氮菌和巨大芽孢球菌。捷克斯洛伐克、英国和印度研究固氮细菌的工作人员与他们合作证明，这一类菌可以分泌生长物质和一些抗真菌的抗生素，可促使种子萌发和作物根系的生长与发育；
在20世纪70年代末和80年代初期，几个国家的科研人员也对固氮细菌和解磷病菌进行了田间试验，但结论不同，针对其是否有效尚有比较大的争论。然而科研人员在与固氮螺菌和禾本科作物结合共存的科学研究中获得了一定的进展，在不少国家用作植物接种试剂进行应用。固氮螺菌促进生长的主要机制在于能生成促使植株正常生长的化学物质，可以增加根毛的密度和生长速度以及侧根所产生的数量和根系的表面积。
2.2 我国研究概况
中国微生物化肥的研发工作始于20世纪40年代，对其研发和使用有着数十年的发展历程，相继研发和推广应用的固氮绿藻化肥、5406抗生素化肥、VA菌根及其用作拌种剂的联合固氮菌和生物钾化肥等，在中国的农业增产中发挥着十分关键的作用[6]。
首先研发使用的是根瘤菌制剂，代表的创始人是张宪武院士、陈华癸院士和樊庆笙院士等。50年代也是早期研究的重要阶段，已着手研发使用了包括固氮细菌在内的溶磷菌、硅酸盐细菌等细菌肥料；
60年代初期，则研究推广并使用了“5406”型放线菌抗生菌饲料；
70年代至80年代中期，研究人员探索研制了由土壤中的真菌所生产的泡囊——丛枝菌根（AM）。在三个研发阶段中，由于质量无保障、生产无规范和行业无监督，以至于每一阶段发展的时期都比较短暂[7]。90年代开始，在中国微生物肥料数十年的研发、制造和使用历史经验的基础上，中国微生物肥料相关研发单位又陆续引进了联合固氮菌肥、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、PGPR制剂和有机物原料（废弃秸秆）腐熟制剂等符合农村发展需要的新品种，对于乡村经济可持续发展，减少农产品化肥使用、改善粮食作物产品品质与保证食物安全等重要领域方面，均有着特别意义。此外，这类产品的生产成本低，能耗小，不污染环境，所以越来越受到人们的青睐。
目前，微生物肥料的发展趋势较好，研发生产与使用的现状可以总结如下：第一，生物肥料行业初具规模，已成为中国农业生产的重要一环：在我国，已有生物肥料制造公司500家以上，年产量大约为500万吨，共计使用规模已近亿亩。第二，生物肥料产品种类数逐年增加，目前已在農业农村部登记注册的品种主要包括菌剂和菌肥两大系列，在已登记生物肥料品种中，菌肥类登记总量的占比大约为30%，菌剂类占比为70%。第三，生物肥料的应用效果越来越被广大用户所接受，且使用区域也日益扩展。大量的试验证明，使用微生物肥料进行施肥的效益不但表现在对粮食作物产量提高上，也同时体现在对农作物质量的改进、改善或恢复土壤土质、减少农业病虫害的产生、维护耕地生态环境等多方面。从使用的范围看，不仅果蔬、粮油作物中微生物肥料大规模使用且收效显著，近年来在水果和中药材栽培中，生物肥料使用规模也日益增加，并在提高产品品质方面作用十分突出。第四，微生物肥料的进出口市场日益活跃。目前有超过20个国外产品种类进入中国市场，并在国内开展相关试验。另外，中国有10个生物肥料产品种类出口至澳洲、美洲等国进行试验和生产。
3 生物肥料在果园中的应用
3.1 生物肥料在果园中的主要作用
近年来在果园生产实践中，由于化学肥料应用数量的持续上升，果园出现土壤结构遭到破坏、土地与水域富营养化、产量降低等问题。化肥的过度使用同样不利于人类健康[8]。在生态农业和绿色农业的蓬勃发展中，限制使用化学农药和化学肥料已经成为了21世纪全球有识之士的共识。
生物肥料是新型的安全高效、无污染的生物菌剂，使用成本低，使用效率高，不污染环境，利用后不但可以提高农作物的产量，同时能够改善农作物的品质，有着巨大的市场前景和重要的推广应用意义。生物肥料特有的经济效益、社会效益、生态效益，在果园生产中能够得到广泛应用。生物肥料在果园生产实践中的功能表现在恢复和改善土壤团粒结构、提高产量和改进产品质量、提高水果抗逆性、降低农残保护环境等多个方面[9]。
首先，果园中使用生物肥料能够恢复和改善土地肥力。生物肥料能够改变土壤营养供给状态，主要是利用各种菌剂促进土地中难溶性营养物质的分解与排出。另外，还通过菌剂在植物新陈代谢过程中产生无机有机酸式化合物，促使土地中硅、铝、铁、镁、钼等各种微量元素排出，从而改变土地中营养物质的供给状态、土壤通气与疏松程度（图3）。
其次，果园中使用生物肥料能够提高产量和改进产品品质。生物肥料中的多种细菌都能够形成植物素，如赤霉素、吲哚乙酸、细胞分裂素等，可以增加植株的生长激素，从而促进树体发育、提高营养状况，进而达到提高产量的目的。同时使用生物肥料施肥，还能够增加果树产品中的维生素C、氨基酸以及糖类浓度，有效减少硝酸盐浓度，从而使其外观、颜色、味道、香味、单果质量等方面都得到很大程度的提高[10]。
再次，果园中使用生物肥料能够增强果树的抗逆性[11]。生物肥料中普遍存在的活性功能菌群是指含有许多微生物种类的复合微生物菌种群，通常含有芽孢杆菌、醋酸菌、光合细菌、双歧杆菌、乳酸菌、放线菌等，这些菌种群不仅对人畜均无毒，在不污染环境的同时可以形成许多抗菌素和活性酶，能够发挥较强的抗逆功能以增强果树的抗逆性。
最后，降低农药残留，改善果园环境。长期以来果园生产沿用高投资、高耗能和高污染的粗放发展模式，因此造成的农残超标问题较为严重。微生物菌剂的施用可抑制果树对农药与重金属等危害性化学物质的吸附，从而有效净化和恢复土壤环境。因此，在目前对无公害水果和有机果品的实际需求下，增加生物肥料的施用是减轻污染、减少农药、化肥用量的必然选择。
3.2 生物肥料在果园中应用的推广策略
虽然生物肥料在果树种植中效果显著，但推广生物肥料仍然需要各方面的通力合作，为此提出推广策略如下。
第一，政策与科研加持，助力生物肥料企业迅速成长。生物肥料行业是技术密集型的新兴产业之一。尽管生物肥料产业发展基础相对薄弱，但生物肥料在处理化肥面源污染物、培肥地力等领域能够起到长远效果，因此生物肥料产业是惠及社会与群众的公益性事业，这一行业的发展离不开国家的支持。科研机构要和生产企业通过市场机制紧密地联系在一起，让新产业、新科技迅速地转化为现实生产力。此外，要深入开展果树生产第一线的调研，根据基层单位群众反映的实际发展要求，及时掌握肥料行业的发展动向，逐步开发出不同地区、不同树种需求的生物肥料产品，以便更好地为水果产业提供优质服务。
第二，加强宣传指导，增强果农施用生物肥料的意识[12]。针对果农普遍对施用生物肥料还存在着思想困惑，以及对生物肥料的经济作用认识不清等问题，果业技术推广部门可以采取如下渠道加强推广力度：一是采取不同形式的培训、有线广播、报刊等宣传渠道，普及生物肥料科普知识，让广大果农进一步认识生物肥料产品的发展水平以及产品的经济功能与效益。二是建议使用生物肥料产品的果园，与未使用的果园对比，进行效果示范。由于生物肥料肥效发挥作用较缓慢，提高水果质量也需一些时日，所以，政府应该在各地建立一些质量稳定的示范果园，并经过较长时间的宣传示范，使周围果农亲眼看到施用生物肥料对水果产出增加、水果质量提高的明显效应，进而调动他们对施用生物肥料的积极性。三是农技推广部门要引进有能力的公司，给本地果农免费供应一些生物肥料，让果农先在自己的果园内小范围应用，从而为企业大规模引进和推进生物肥料使用创造条件。
第三，相关部门通力合作，提升宣传推广效果。技术推广单位要向有关科研机构、生产企业反映在生产一线施用生物肥料遇到的困难和相应需求；
有关科研机构和生产单位应经常深入果园了解生物肥料使用状况，并提供科技咨询服务；
农业部门的综合执法机关要严查制造假冒伪劣生物肥料扰乱市场经济的非法经营活动；
果区的工商主管部门要严格把好化肥生产经营企业进入当地的关口，并检查经营单位是否取得农业部门正规登记证照。总之，涉农部门间应该通力合作，共同推动生物肥料在果园中的广泛应用与行业健康发展。
4 前景展望
中国绿色农业革命的不断深入，生物肥料的应用范围急剧增长，在农业生产上起到了很大作用，随着农业科技研究的开展以及对农用产品需求量的不断扩大，生物肥料的前景展望如下[13]。
从单纯菌株向综合菌种过渡。复合菌肥的广泛应用，使单个菌株的一个或数个功效得以提高，并实现了菌种的更多功能使用，如固氮菌-根瘤菌-磷鉀菌复合生物肥料。要注意培养菌种间的互惠共存功能，防止菌种间的对抗效应。通过加强对生物肥料的活性菌种的培养筛选，延长细菌在生长环境中的生存期限，使生物肥料可以长久地发挥作用。此外，在施肥中加入具有降解含碳物质能力的菌种，通过持续供给施肥中微生物的碳源养分，延长施肥中细菌的存活期限，使生物肥料可以长久地发挥作用。
由单一剂型向多种剂型转变。为了满足不同的作物生长发育需求，生物化肥类别也应由单纯类别向多样转变。如液态剂型、草炭载体中的粉剂、颗粒液型、冻干剂型、矿油覆盖剂型等。由于生物肥料必须在有了足够的土壤肥力基础，或在适当的肥料投入基数上才能更好地发挥其功能作用，所以生物肥料与化学肥料的共同使用，可相互协调与互补。
向节约化肥资源方向发展。通过利用耐受氮肥的溶磷菌、硅酸盐菌，与促进土壤生长菌所生成的各种多功能生物肥料协用，以提高土地生态能力和肥料利用效率，减少肥料消耗。
向绿色和有机农业需要发展。为了保障农产品质量，我国加快了有机农业发展，生物肥料以其特有的功能促进了我国有机农业的蓬勃兴起。
向提高土壤保水抗旱能力方向发展。近些年来，我国旱灾形势严峻，引起大面积减产，每年旱灾造成 250亿千克粮食损失。具有保水功能、能够增强土壤蓄水能力和保水抗旱能力的微生物肥料是目前我国迫切需要发展的生物肥料产品。
参考文献
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